KR20150134706A - 절삭 공구 인서트 - Google Patents
절삭 공구 인서트 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150134706A KR20150134706A KR1020140061805A KR20140061805A KR20150134706A KR 20150134706 A KR20150134706 A KR 20150134706A KR 1020140061805 A KR1020140061805 A KR 1020140061805A KR 20140061805 A KR20140061805 A KR 20140061805A KR 20150134706 A KR20150134706 A KR 20150134706A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- support
- support portion
- center
- substrate
- support substrate
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 18
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 19
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 10
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
- E21B10/56—Button-type inserts
- E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
- E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
- E21B10/5735—Interface between the substrate and the cutting element
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
- E21B10/56—Button-type inserts
- E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
- E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
- B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
- B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
- B23B29/043—Tool holders for a single cutting tool with cutting-off, grooving or profile cutting tools, i.e. blade- or disc-like main cutting parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P5/00—Setting gems or the like on metal parts, e.g. diamonds on tools
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/02—Core bits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
절삭 공구 인서트가 개시된다. 개시된 절삭 공구 인서트는 제1 방향으로 연장하는 지지 기판; 및 상기 지지 기판의 일면에 결합하여 상기 지지 기판에 의해 지지되는 절삭층;을 포함하되, 상기 지지 기판의 일면에는 상기 제1 방향으로 융기한 융기부가 형성된다. 본 발명에 따르면, 다결정 다이아몬드 컴팩트에 발생하는 잔류응력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.
절삭 공구용 인서트는 유정 굴착 작업 또는 절삭 작업 등에 사용되는 공구 조립체에 결합되어 지하에 존재하는 암반 등을 깎아내는 굴착 작업이나, 금속이나 기타 부재를 절삭하는 절삭 작업을 수행하는 데 사용된다.
절삭 공구용 인서트는 통상적으로 절삭 공구에 복수개가 부착되어 사용된다.
그리고, 절삭 공구용 인서트는 기둥 형상의 지지 기판 및 지지 기판의 일단부에 형성되어 절삭 기능을 하도록 초경질층 등으로 형성된 절삭층을 포함할 수 있다.
이때, 절삭층은 다결정질 다이아몬드 컴팩트를 포함할 수 있는데, 다이아몬드 콤팩트는 일반적으로, 다이아몬드 입자가 결정학적 또는 열역학적으로 안정한 고온 및 고압 조건 하에 소결된다.
본 발명에서는 다결정 다이아몬드 컴팩트에 발생하는 잔류응력을 감소시킬 수 있는 절삭 공구 인서트를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 방향으로 연장하는 지지 기판; 및 상기 지지 기판의 일면에 결합하여 상기 지지 기판에 의해 지지되는 절삭층;을 포함하되, 상기 지지 기판의 일면에는 상기 제1 방향으로 융기한 융기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트가 제공된다.
상기 융기부는, 중앙에서 상기 제1 방향으로 융기한 중앙 지지부, 및 상기 중앙 지지부와 상기 지지 기판의 외주면 사이에서 상기 제1 방향으로 융기한 둘레 지지부를 포함할 수 있다.
상기 지지 기판은 상기 제1 방향으로 연장하는 원기둥 형상을 가지며, 상기 중앙 지지부는 상기 지지 기판의 직경(D1)보다 작은 직경(D2)을 가질 수 있다.
상기 둘레 지지부는 상기 지지 기판의 외주면으로부터 상기 중앙 지지부로 갈수록 점진적으로 융기할 수 있다.
상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 기준으로 상기 둘레 지지부의 경사(α)는 20° 이하일 수 있다.
상기 중앙 지지부는 상기 둘레 지지부로부터 중앙으로 갈수록 점진적으로 융기할 수 있다.
상기 중앙 지지부의 곡률반경(r)은 37.5mm 이하일 수 있다.
상기 둘레 지지부의 곡률반경(r)은 37.5mm 이하일 수 있다.
상기 융기부의 면적에 대한 상기 중앙 지지부의 면적의 비율은 0.45~0.8일 수 있다.
상기 중앙 지지부의 상면은 요철 구조를 갖도록 표면처리될 수 있다.
상기 요철 구조는 상기 중앙 지지부의 상면의 중심을 기준으로 좌우대칭구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다결정 다이아몬드 컴팩트에 발생하는 잔류응력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 인서트의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 인서트의 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 둘레 지지부의 경사 각도에 따른 절삭층의 상부와 측부에서의 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 지지부의 곡률반경에 따른 절삭층의 상부와 측부에서의 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 6은 융기부 면적에 대한 중앙 지지부의 면적의 비율에 따른 최대 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 7a, 7b 및 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 기판(110')의 평면도, 정면도 및 단면도를 각각 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 인서트의 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 둘레 지지부의 경사 각도에 따른 절삭층의 상부와 측부에서의 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 지지부의 곡률반경에 따른 절삭층의 상부와 측부에서의 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 6은 융기부 면적에 대한 중앙 지지부의 면적의 비율에 따른 최대 잔류응력을 도시하는 도면이다.
도 7a, 7b 및 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 기판(110')의 평면도, 정면도 및 단면도를 각각 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 인서트(100)의 사시도를, 도 2는 분해 사시도를 각각 도시한다.
도 3은 도 1의 AA선에 따른 단면도를 도시한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 인서트(100)는 지지 기판(110) 및 절삭층(120)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지지 기판(110)은 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 일례로, 제1 방향으로 연장하는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 방향은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 기판(110)의 상방향을 의미할 수 있다.
지지 기판(110)은 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 바나듐(V), 티타늄(Ti)을 포함하는 탄화물 합금으로 형성될 수 있고, 이때, 소결체 결합을 용이하게 하기 위한 바인더로서 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni)등을 사용할 수 있다.
일례로, 지지 기판(110)은 코발트계 텅스텐 카바이드(WC-Co) 합금을 포함할 수 있고, 지지 기판을 형성하기 위한 소결 처리를 위하여, 코발트계 텅스텐 카바이드 물질을 틀에 넣고 소결 과정을 수행할 수 있다.
이러한 지지 기판(110)의 상면에는 절삭층(120)이 형성된다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 지지 기판(110)의 상면에 절삭층(120)이 형성되는 것으로 가정하나, 보는 방향에 따라 지지 기판(110)의 하면에 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절삭층(120)은 모재(122) 및 다이아몬드 입자(124)를 포함할 수 있다.
일례로, 모재(122)는 코발트 계열의 텅스텐 카바이드(WC-Co)를 함유할 수 있고, 다이아몬드 입자(124)는 다결정질 다이아몬드(polycrystalline diamond, PCD)로 이루어질 수 있다.
지지 기판(110)의 상면에 절삭층(120)을 형성하기 위하여 소결 방법을 이용할 수 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 과정을 보다 상세하게 살펴본다.
먼저, 절삭층(120)을 형성할 재료를 분말 형태로 일정한 틀에 넣는다.
즉, 전술한 모재(122)를 형성하기 위한 코발트 계열의 텅스텐 카바이드(WC-Co) 분말과 다이아몬드 입자(124)를 형성하기 위한 다결정 다이아몬드 입자를 넣는다.
이때, 절삭층(120) 중 다이아몬드 입자(124)가 차지하는 부피비는 1/2 내지 4/5가 되도록 할 수 있다. 다이아몬드 입자(124)의 부피비가 1/2미만인 경우 절삭 효율이 감소하게 된다. 그리고, 다이아몬드 입자(124)의 부피비가 4/5를 초과하는 경우에는 다이아몬드 입자(124)들 사이에 개재하는 모재(122)의 양이 줄어들게 되고, 이는 다이아몬드 입자(124)들과 모재(122)간의 결합력을 약화시켜 절삭층(120)으로부터 다이아몬드 입자(124)의 이탈이 쉬워진다. 따라서, 다이아몬드 입자(124)의 부피비는 1/2 내지 4/5인 것이 바람직하다.
다음으로, 볼밀(ball mill), 어트리션밀(attrition mill) 등을 이용하여 모재(122)와 다이아몬드 입자(124)가 고르게 분포되도록 한다.
그리고 나서, 이러한 분말들을 넣은 틀에 지지 기판(110)를 넣고, 지지 기판(110)의 상면에 절삭층(120)이 결합할 수 있도록, 지지 기판(110)의 상면이 분말을 향하도록 한다.
이때, 지지 기판(110)의 상면과 접하는 절삭층(120)의 면에는 모재(122)가 분포되는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 지지 기판(110)은 탄화물 계열의 합금을 포함할 수 있고(일례로, 코발트 계열의 텅스텐 카바이드를 포함) 모재(122) 또한 코발트 계열의 텅스텐 카바이드를 함유할 수 있으므로 지지 기판(110)의 상면과 모재(122)는 서로 동일한 성분을 함유하게 되어, 결과적으로, 지지 기판(110)의 상면과 모재(122)의 결합력은 다른 부분, 즉, 지지 기판(110)의 상면과 다이아몬드 입자(124)의 결합력보다 향상될 수 있다.
이때, 지지 기판(110)의 상면과 접합할 절삭층(120)의 면에 모재(122)만 분포되게 하여 지지 기판(110)와 절삭층(120)의 결합력을 향상시킬 수도 있다. 이에 따라, 지지 기판과 절삭층의 분리를 방지하여 절삭 공구 인서트의 내구성이 향상될 수 있다.
다음으로, 지지 기판(110)과 절삭층(120)이 결합되도록 고온 및 고압으로 소결한다. 일례로, 약 1300~1500℃, 5~7GPa까지 고온 고압을 유지하면서 소결 처리를 수행할 수 있다.
이러한 고온 고압을 유지하기 위하여 상기한 지지 기판과 절삭층이 들어간 틀을 다시 커다란 셀로 밀봉하여 공정을 수행할 수 있고, 소결 공정을 거친 후 외곽의 틀, 밀봉 셀을 제거하고 가공하여 사용할 수 있다.
상기와 같이 고온 및 고압으로 진행되는 소결 과정의 특성상 절삭 공구 인서트는 잔류 응력을 수반하게 된다. 즉, 지지 기판(110)과 절삭층(120)의 열팽창 계수(thermal coefficient)가 다름으로 인해 잔류응력(residual stress)이 발생하게 된다.
이러한 잔류응력은 지지 기판과 절삭층 계면 부위 및 내부에 크랙을 발생시켜 절삭 공구용 인서트의 내구성 저하를 유발한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다결정 다이아몬드 컴팩트, 즉, 절삭층(120)의 잔류응력이 감소될 수 있는 바, 이하, 앞서 설명한 도 3을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 기판(110)의 상면에는 상부로 융기한 융기부(112)가 형성된다. 원기둥 형상의 지지 기판(110)이 제1 방향으로 연장하는 경우, 융기부(112)도 제1 방향으로 융기하는 것으로 볼 수 있다.
융기부(112)는 중앙에서 상부로 융기한 중앙 지지부(1121), 및 중앙 지지부(1121)와 지지 기판(110)의 외주면 사이에서 상부로 융기한 둘레 지지부(1122)를 포함하며, 둘레 지지부(1122)와 중앙 지지부(1121)는 중앙으로 갈수록 융기한다.
먼저, 중앙 지지부(1121)는 지지 기판(110)의 직경(D1)보다 작은 직경(D2)를 갖도록 형성되어 절삭층(120)의 중앙 부분을 지지하게 된다.
이러한 중앙 지지부(1121)의 상면으로는 절삭층(120)과의 접합력 향상을 위한 요철 구조가 적용될 수 있다. 일례로, 도 3에 도시된 바와 같이, 부채꼴 형상의 홈이 중앙 지지부의 둘레를 따라 다수개 형성되도록 중앙 지지부의 상면은 표면처리될 수 있다.
이때, 중앙 지지부(1121)의 상면 전체에 걸쳐 절삭층(120)과의 접합력이 고르게 향상될 수 있도록 요철 구조는 중앙 지지부의 상면의 중심을 기준으로 좌우대칭구조를 가질 수 있다.
그리고, 둘레 지지부(1122)는 지지 기판(110)의 외주면으로부터 중앙 지지부(1121)로 갈수록 점진적으로 융기하도록 형성되어 절삭층(120)의 둘레 부분을 지지하게 된다.
둘레 지지부(1122)가 점진적으로 융기하는 형상을 가짐에 따라 둘레 지지부(1122)는 경사지게 형성되는데, 여기서, 둘레 지지부의 경사(α)는 20° 이하일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 둘레 지지부(1122)의 경사(α) 각도에 따른 절삭층(120)의 상부(top)와 측부(outside)에서의 잔류응력을 도시한다.
도 4를 참조하면, 둘레 지지부(1122)가 플랫한 경우에 대비하여, 경사(α)가 -10°일 때 상부와 측부에서 각각 잔류응력이 23.56%, 38.03% 감소하고, 경사(α)가 -15°일 때 상부와 측부에서 각각 29.32%, 49.58% 감소하며, 경사(α)가 -20°일 때에는 상부와 측부에서 각각 35.10%, 58.31% 감소함을 확인할 수 있다.
즉, 둘레 지지부(1122)가 플랫하게 형성되는 것이 아니라, 지지 기판(110)의 외주면으로부터 중앙 지지부(1121)로 갈수록 점진적으로 융기하도록 형성되고, 이에 따라 둘레 지지부(1122)가 20°까지 경사지도록 형성되는 경우, 절삭층(120)의 상부와 측부에 발생하는 잔류응력이 각각 35.10%, 58.31%까지 감소할 수 있다.
반대로, 둘레 지지부(1122)가 지지 기판(110)의 외주면으로부터 중앙 지지부(1121)로 갈수록 점진적으로 침강하도록 형성되는 경우에는, 즉, 둘레 지지부(1122)가 중앙 지지부(1121)보다 높게 형성된 경우에는 플랫한 경우에 대비하여 잔류응력이 상부와 측부에서 각각 11%, 61.69% 증가하게 되므로, 바람직하지 않다.
한편, 둘레 지지부(1122)가 20°보다 더 큰 경사를 갖는 경우에는 그만큼 절삭층(120)을 형성하기 위한 재료가 많이 소모되고, 소결 과정에서 확산이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있으므로, 20° 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중앙 지지부(1121) 또한 중앙으로 갈수록 점진적으로 융기하도록 형성될 수 있다. 즉, 중앙 지지부(1121)는 둘레 지지부(1122)로부터 중앙으로 갈수록 점진적으로 융기하도록 형성되어 절착층(120)의 중앙 부분을 지지할 수 있다.
중앙 지지부(1121)가 점진적으로 융기하는 형상을 가짐에 따라 중앙 지지부(1121)는 소정의 곡률을 갖게 되는데, 이때, 중앙 지지부의 곡률반경(r)은 37.5mm 이하일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 지지부(1121)의 곡률반경(r)에 따른 절삭층(120)의 상부(top)와 측부(outside)에서의 잔류응력을 도시한다.
도 5를 참조하면, 중앙 지지부(1121)가 플랫한 경우에 대비하여, 곡률반경(r)이 40mm일 때에는 상부와 측부에서 각각 잔류응력이 40.31%, 5.35% 증가하게 되나, 37.5mm가 될 때까지 잔류응력이 급격히 감소하여 곡률반경(r)이 30mm에 이르면 상부와 측부에서 잔류응력이 각각 28.8%, 47.32% 감소함을 확인할 수 있다.
즉, 중앙 지지부(1121)가 플랫하게 형성되는 것이 아니라, 둘레 지지부로부터 중앙으로 갈수록 점진적으로 융기하도록 형성되고, 이에 따라 중앙 지지부(1121)의 곡률반경(r)이 37.5mm 이하가 되도록 형성되는 경우, 절삭층(120)의 상부와 측부에 발생하는 잔류응력이 각각 28.8%, 47.32%까지 감소할 수 있다.
중앙 지지부(1121)의 곡률반경(r)이 30mm보다 작은 경우에는 그만큼 절삭층(120)을 형성하기 위한 재료가 많이 소모되고, 소결 과정에서의 확산 또한 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하므로, 30mm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 상기에서는 설명의 편의를 위해, 중앙 지지부(1121)와 둘레 지지부(1122)를 구분하였으나, 중앙 지지부와 둘레 지지부는 연속적으로 형성되어 지지 기판(110)의 상면에 하나의 융기부(110)를 형성하는 것으로서, 둘레 지지부(1122) 또한 곡률반경(r)이 37.5mm 이하일 수 있다.
절삭층(120)의 잔류응력을 감소시키기 위하여 앞서 설명한 바와 같이 중앙 지지부(1121)가 37.5mm 이하의 곡률을 갖고, 둘레 지지부(1122)는 20° 이하의 각도로 형성됨에 따라, 융기부(110) 전체 면적에 대한 중앙 지지부(1121)의 면적 비율이 도출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 융기부(110) 전체 면적에 대한 중앙 지지부(1121)의 면적은 0.45~0.8의 비율을 가질 수 있다.
도 6은 융기부 면적에 대한 중앙 지지부의 면적의 비율(x축)에 따른 최대 잔류응력(y축)을 도시하며, 도 6을 참조하면, 중앙 지지부의 면적 비율이 0.45~0.8인 범위에서 중앙 지지부의 면적 비율이 감소함에 따라 최대 잔류응력도 감소하는 경향을 보인다.
이때, 융기부 면적에 대한 중앙 지지부의 면적 비율이 0.45 보다 낮은 경우에는 절삭층을 형성하기 위한 재료가 많이 소모되고, 소결 과정에서 확산이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하며, 면적 비율이 0.8 보다 높은 경우에는 인서트 제작상 어려움이 있으므로, 그 비율은 0.45~0.8인 것이 바람직하다.
한편, 상기에서는 둘레 지지부(1122)에 본 발명의 일 실시예에 따른 소정의 경사(α) 각도가 적용되고, 이와 동시에 중앙 지지부(1121)에도 본 발명의 일 실시예에 따른 소정의 곡률반경(r)이 적용된 예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 둘레 지지부(1122')에만 경사가 적용된 지지 기판(110')도 상정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 기판(110')의 평면도, 정면도 및 단면도를 도시하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 지지 기판(110')의 상면에는 상부로 융기한 융기부(112')가 형성될 수 있고, 융기부(112')는 중앙에서 상부로 융기한 중앙 지지부(1121') 및 중앙 지지부(1121')와 지지 기판(110')의 외주면 사이에서 상부로 융기한 둘레 지지부(1122')를 포함할 수 있다.
이때, 둘레 지지부(1122')만 지지 기판의 외주면으로부터 중앙 지지부로 갈수록 점진적으로 융기되도록 형성되며, 중앙 지지부(1121')는 둘레 지지부로부터 중앙으로 갈수록 융기되는 형상이 아닌 평평한 형상으로 형성될 수 있다.
이 경우, 중앙 지지부(1121')에 소정의 곡률반경(r) 적용에 따른 잔류응력 감소효과까지는 기대할 수 없으나, 둘레 지지부(1122')에 본 발명의 일 실시예에 따른 경사(α) 각도가 적용될 수 있으므로, 여전히 잔류응력 감소효과를 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 기판의 중앙 지지부(1121')의 상면은 절삭층(120)과의 접합력 향상을 위한 요철 구조를 갖도록 표면처리될 수 있다.
표면처리에 의해 중앙 지지부(1121')의 상면에는 소정의 빗살 문양이 형성될 수 있고, 빗살 문양은 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙 지지부의 상면의 중심을 기준으로 좌우 대칭 구조를 가질 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 다결정 다이아몬드를 포함하는 절삭층에 발생하는 잔류응력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 절삭 공구 인서트
110 : 지지 기판
112 : 융기부 1121 : 중앙 지지부
1122 : 둘레 지지부 120 : 절삭층
112 : 융기부 1121 : 중앙 지지부
1122 : 둘레 지지부 120 : 절삭층
Claims (11)
- 제1 방향으로 연장하는 지지 기판; 및
상기 지지 기판의 일면에 결합하여 상기 지지 기판에 의해 지지되는 절삭층;을 포함하되,
상기 지지 기판의 일면에는 상기 제1 방향으로 융기한 융기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제1항에 있어서,
상기 융기부는, 중앙에서 상기 제1 방향으로 융기한 중앙 지지부, 및 상기 중앙 지지부와 상기 지지 기판의 외주면 사이에서 상기 제1 방향으로 융기한 둘레 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제2항에 있어서,
상기 지지 기판은 상기 제1 방향으로 연장하는 원기둥 형상을 가지며,
상기 중앙 지지부는 상기 지지 기판의 직경(D1)보다 작은 직경(D2)을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제2항에 있어서,
상기 둘레 지지부는 상기 지지 기판의 외주면으로부터 상기 중앙 지지부로 갈수록 점진적으로 융기하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제4항에 있어서,
상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 기준으로 상기 둘레 지지부의 경사(α)는 20° 이하인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제4항에 있어서,
상기 중앙 지지부는 상기 둘레 지지부로부터 중앙으로 갈수록 점진적으로 융기하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제6항에 있어서,
상기 중앙 지지부의 곡률반경(r)은 37.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제7항에 있어서,
상기 둘레 지지부의 곡률반경(r)은 37.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제7항에 있어서,
상기 융기부의 면적에 대한 상기 중앙 지지부의 면적의 비율은 0.45~0.8인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제6항에 있어서,
상기 중앙 지지부의 상면은 요철 구조를 갖도록 표면처리되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트. - 제10항에 있어서,
상기 요철 구조는 상기 중앙 지지부의 상면의 중심을 기준으로 좌우대칭구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140061805A KR20150134706A (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 절삭 공구 인서트 |
US15/324,261 US20170145753A1 (en) | 2014-05-22 | 2015-05-13 | Cutting tool insert |
PCT/KR2015/004775 WO2015178617A1 (ko) | 2014-05-22 | 2015-05-13 | 절삭 공구 인서트 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140061805A KR20150134706A (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 절삭 공구 인서트 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20150134706A true KR20150134706A (ko) | 2015-12-02 |
Family
ID=54554234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140061805A KR20150134706A (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 절삭 공구 인서트 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20170145753A1 (ko) |
KR (1) | KR20150134706A (ko) |
WO (1) | WO2015178617A1 (ko) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5743346A (en) * | 1996-03-06 | 1998-04-28 | General Electric Company | Abrasive cutting element and drill bit |
DE19857451A1 (de) * | 1998-12-12 | 2000-06-15 | Boart Hwf Gmbh Co Kg | Schneid- oder Brechwerkzeug sowie Schneideinsatz für dieses |
US8297382B2 (en) * | 2008-10-03 | 2012-10-30 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, method of fabricating same, and various applications |
CN103890305A (zh) * | 2011-03-28 | 2014-06-25 | 戴蒙得创新股份有限公司 | 具有经修饰表面的切削元件 |
-
2014
- 2014-05-22 KR KR1020140061805A patent/KR20150134706A/ko not_active Application Discontinuation
-
2015
- 2015-05-13 US US15/324,261 patent/US20170145753A1/en not_active Abandoned
- 2015-05-13 WO PCT/KR2015/004775 patent/WO2015178617A1/ko active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015178617A1 (ko) | 2015-11-26 |
US20170145753A1 (en) | 2017-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6601662B2 (en) | Polycrystalline diamond cutters with working surfaces having varied wear resistance while maintaining impact strength | |
US6933049B2 (en) | Abrasive tool inserts with diminished residual tensile stresses and their production | |
EP1190791A2 (en) | Polycrystalline diamond cutters with working surfaces having varied wear resistance while maintaining impact strength | |
US20020045059A1 (en) | High volume density polycrystalline diamond with working surfaces depleted of catalyzing material | |
US11920408B2 (en) | Cutter with geometric cutting edges | |
US10094173B2 (en) | Polycrystalline compacts for cutting elements, related earth-boring tools, and related methods | |
JP5000069B2 (ja) | 触媒物質を枯渇させた作業面を有する高容積密度多結晶ダイヤモンド | |
KR20140009221A (ko) | 경사진 초연삭 층을 갖는 커팅 요소 구조체 | |
RU2638220C2 (ru) | Режущие элементы бурового долота с закрепленными резцами, содержащие твердые режущие пластины, выполненные из синтетических алмазов, сформированных химическим осаждением из паровой фазы | |
US6962218B2 (en) | Cutting elements with improved cutting element interface design and bits incorporating the same | |
RU2560006C2 (ru) | Режущий пка-элемент с ребрами | |
US9061264B2 (en) | High abrasion low stress PDC | |
EP2467559B1 (en) | Improved non-planar interface construction | |
WO2012146626A2 (en) | Superhard constructions & methods of making same | |
CN103563055A (zh) | 制造碳化硅基板的方法 | |
KR20150134706A (ko) | 절삭 공구 인서트 | |
US20060065447A1 (en) | Cutting elements and bits incorporating the same | |
CN107921556A (zh) | 切削刀具、刀具本体和用于生产刀具本体的方法 | |
RU2731432C1 (ru) | Режущие пластины, включающие ренийсодержащие структуры, и связанные с ними режущие элементы, породоразрушающие инструменты и способы | |
US20220144646A1 (en) | Superhard constructions & methods of making same | |
CN109590496A (zh) | 具有凹口、切削刀片的工具承载架及其制造方法 | |
JP2004508216A (ja) | 工具インサートを生産する方法 | |
KR20090048127A (ko) | 굴착 공구용 인서트 | |
CN205110834U (zh) | 一种硬质合金基体及聚晶金刚石复合片 | |
KR20110041789A (ko) | 절삭 공구용 인서트 및 절삭 공구용 소결체 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |